KR101966451B1

KR101966451B1 - 진공 펌프용 모터 및 이것을 구비하는 진공 펌프

Info

Publication number: KR101966451B1
Application number: KR1020130068940A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 오지마; 다카시 호즈미; 나오야 요시다; 다카노리 이나다; 도시하루 나카자와
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2019-04-05
Also published as: CN103633776A; JP2014042368A; US20140056733A1; CN103633776B; EP2700819A1; EP2700819B1; US9291155B2; JP5973839B2; TWI575852B; TW201409905A; KR20140025272A

Abstract

본 발명은 회전 언밸런스가 없고, 진공 펌프용의 모터를 제공하는 것에 관한 것이다. 진공 펌프(20)의 펌프 주축(21)에 직결된, 진공 펌프용의 모터(100)에 있어서, 펌프 주축(21)에 직접적 또는 간접적으로 장착되는 모터 로터(120)와, 펌프 주축(21)에 직접적 또는 간접적으로 장착되는 밸런스 링(127)이며, 로터 코어(123)의 양단부로부터 이격된 양측에 장착되는 밸런스 링(127)을 구비하고, 밸런스 링(127)은 내식성을 갖는 재료를 포함하고 있다.

Description

진공 펌프용 모터 및 이것을 구비하는 진공 펌프{MOTOR OF VACUUM PUMP AND VACUUM PUMP WITH THE SAME}

본 발명은 진공 펌프용 모터 및 이것을 구비하는 진공 펌프에 관한 것이며, 특히 모터 로터의 회전 중심 축선 방향의 양측에 밸런스 링을 구비한 진공 펌프용 모터 및 이것을 구비하는 진공 펌프에 관한 것이다.

예를 들어, 반도체 제조 장치 등에는 진공 펌프가 사용되는 경우가 있고, 구동원으로서의 모터가 설치되어 있다. 이러한 진공 펌프에 사용되는 모터로서는, 펌프 주축에 모터 로터가 직결되어 있는 구조의 것이 있다. 이러한 구조의 모터인 경우, 반도체 제조 프로세스에서 사용하는 부식성 가스에 모터 로터가 폭로되는 것으로 된다. 한편, 진공(감압) 상태를 유지하기 위해서, 모터 스테이터와 모터 로터 사이에 캔을 장비하고, 시일 구조를 실현하고 있다(특허문헌 1 참조).

또한, 모터 로터의 로터 코어에는, 회전 중심 축선 방향의 양단부에 엔드 링이 설치되어 있다(특허문헌 2 참조). 이 엔드 링은, 로터 코어와 함께 유도 회로를 형성하는 것이다. 그러나, 모터 로터는 고속으로 회전하는 것이므로, 회전 언밸런스가 있으면, 펌프 주축에 큰 응력이 가해져서, 펌프 주축에 휨이 발생한다. 또한, 큰 진동을 발생시켜 버리는 경우도 있다. 이러한 회전 언밸런스를 해소하는 방법으로서, 펌프 주축에 밸런스 링을 장착해서 일부를 얇게 해서 균형을 잡는 것이 행해지고 있다(특허문헌 2 참조).

일본 특허 제3443248호 공보 일본 특허 출원 공개 평11-27911호 공보

모터 로터와 모터 스테이터 사이에 캔을 장비한 경우라도, 전술한 바와 같이 모터 로터 자체는 부식성 가스에 폭로된다. 이로 인해, 전혀 대책을 실시하지 않는다면, 모터 로터도 부식성 가스에 의해 부식되어 버린다. 모터 로터의 부식을 피하기 위해서, 모터 로터에 내식성 코팅에 의한 표면 처리를 행하는 경우가 있다. 그러나, 엔드 링밖에 구비하지 않은 모터의 경우, 상술한 회전 언밸런스를 해소하기 위해서, 엔드 링의 일부를 얇게 해서 균형을 잡는 것으로 된다. 이로 인해, 얇게 한 부분은 내식성 코팅이 제거되어 버려, 엔드 링의 얇게 한 부분이 부식되어 버린다.

또한, 엔드 링을 얇게 한 후에, 내식성 코팅을 실시하는 것도 고려된다. 그러나, 두께가 얇게 된 부위(수정 구멍)의 치수는 매우 작기 때문에, 얇게 한 부분에 내식성 코팅의 도포막이 균일하게 형성되지 않을 경우도 있다. 또한, 밸런스 링을 장착했을 경우에 있어서도, 얇게 하면 엔드 링의 경우와 마찬가지로, 내식성 코팅의 도포막의 불균일하다는 점은 해소할 수 없다.

본원 발명은, 상기 과제에 감안하여 이루어진 것으로, 제1 발명에서는, 진공 펌프의 펌프 주축에 직결된, 진공 펌프용의 모터에 있어서, 상기 펌프 주축에 직접적 또는 간접적으로 장착되는 모터 로터와, 상기 펌프 주축에 직접적 또는 간접적으로 장착되는 밸런스 링이며, 로터 코어의 양단부로부터 이격된 양측에 장착되는 밸런스 링을 구비하고, 상기 밸런스 링은 내식성을 갖는 재료를 포함한다는 구성을 취하고 있다.

또한, 제2 발명에서는, 상기 모터 로터의 양단부에는 엔드 링이 설치되고, 이 엔드 링과 밸런스 링 사이에는 소정의 간극이 형성되어 있다는 구성을 취하고 있다.

또한, 제3 발명에서는, 상기 밸런스 링은 단면 L자 형상의 형상을 갖고, 상기 펌프 주축에 장착되는 슬리브 또는 펌프 주축에 설치되고, 모터 로터의 위치 결정을 하는 기능을 갖는 구성을 취하고 있다.

또한, 제4 발명에서는, 상기 모터 로터는, 표면에 내식성 코팅 또는 내식성 도장에 의한 표면 처리가 행해진 구성을 취하고 있다.

또한, 제5 발명에서는, 제1 내지 제4 발명의 모터를 구비한 진공 펌프라는 구성을 취하고 있다.

본원 발명에 따르면, 내식성이 있는 모터 로터로 하는 것이 가능하고, 또한 밸런스 수정의 문제도 해결하고, 성능의 향상을 도모할 수 있다. 이와 동시에, 밸런스 링과 엔드 링의 사이에 축방향의 간극을 설치함으로써, 열팽창에 의해 신장되는 엔드 링과의 간섭을 피하는 것이 가능해지고, 회전 중심 축선 방향에 하중이 더해지는 것을 방지하는 것이 가능해지고, 기계 설계상의 우위성이 도모된는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터의 단면도.
도 2는 도 1에 개시한 모터에 있어서의, 일부의 구성 부품의 사시도.
도 3은 도 1에 개시한 모터를 구비한 진공 펌프를 도시하는 단면도.

다음에, 첨부 도면에 기초하고, 본원 발명의 일 실시형태에 대해서 설명한다.

[전체 개요]

우선, 도 1 및 도 2에 기초하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 모터(100)에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 따른 모터(100)는 진공 펌프의 로터(30)(도 3 참조)를 회전 구동하는 것이다. 모터(100)는 모터 스테이터(110)와 모터 로터(120)와, 모터 프레임(140)을 구비한다.

모터 프레임(140)은 프레임 본체(141)와 측판(142)을 구비한다. 프레임 본체(141)는 펌프 주축(21)의 중심 축선을 따라 내부 공간이 형성된, 원통 형상을 갖고 있다. 측판(142)은, 소정의 부착 기구에 의해, 프레임 본체(141)의 개구단에 설치되어 있다. 이러한 모터 프레임(140)은, 예를 들어 철이나 알루미늄으로 형성할 수 있다. 모터 스테이터(110), 모터 로터(120)는 이 모터 프레임(140)의 내부 공간에 수용되어 있다.

[모터 스테이터]

모터 스테이터(110)는 스테이터 코어(111a)에 코일(111b)이 장착된 구성을 갖는다. 구체적으로는, 모터 스테이터(110)에 있어서, 펌프 주축(21)의 회전 중심 축선(C)의 방향에 있어서의 양단부에서는, 스테이터 코어(111a)의 바깥쪽을 향해서 코일(111b)이 돌출하고 있다. 모터 스테이터(110)는, 모터 프레임(140)의 프레임 본체(141)의 내면에 스테이터 코어(111a)가 끼워 넣어짐으로써, 펌프 주축(21)의 회전 중심 축선(C)에 관해서 동심으로 모터 프레임(140)에 고정된다. 스테이터 코어(111a)는, 예를 들어 규소 강판을 적층해서 형성할 수 있다.

[모터 로터]

모터 로터(120)는, 모터 스테이터(110)의 내부에, 펌프 주축(21)의 회전 중심 축선(C)에 관해서 동심으로 배치되고, 진공 펌프(20)의 펌프 주축(21)에 직결되어 있다. 모터 로터(120)는, 펌프 주축(21)의 외주면에 장착되어 있는 슬리브(121)와, 이 슬리브(121)위에 고정되어 있는 로터 코어(123)와, 로터 코어(123)에 있어서 펌프 주축(21)의 회전 중심 축선(C)을 따른 방향의 양측에 배치되어 있는 엔드 링(125)과, 슬리브(121)의 외주면상이며 엔드 링(125)의 더 바깥쪽의 양측에 배치되는 밸런스 링(127)을 구비하고 있다.

슬리브(121)는, 펌프 주축(21)의 선단에 형성된 축경부에 장착되고, 와셔 부재(122)와 볼트(124)로 고정되어 있다. 또한, 펌프 주축(21)과 슬리브(121)와의 상대 회전을 방지하기 위해서, 키와 키 홈에 의한 회전 방지 기구를 양자의 경계 영역에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 슬리브(121)의 외주면에는, 로터 코어(123)가 고정되어 있다. 로터 코어(123)는 모터 스테이터(110)로부터의 자력을 받고, 모터 로터(120)에 회전력을 발생시키는 것이다.

로터 코어(123)의 양측[펌프 주축의 회전 중심 축선(C)의 방향을 따른, 로터 코어(123)의 양측]에 설치된 엔드 링(125)은, 로터 코어(123)를 연결해서 유도 회로를 형성하는 것이며, 재료로서는 전기 전도율이 높은 알루미늄이나 구리의 도전체로 구성되어 있다. 엔드 링(125)은 모터 로터(120)와 일체로 되어 있다. 본 실시형태의 엔드 링(125)은 단면이 직사각형의 단순한 링형상 부재로 되어 있다. 알루미늄이나 구리는 반도체 제조 프로세스에서 사용하는 부식성 가스에 의해 부식되어져 버리기 때문에, 로터 코어(123)와 엔드 링(125)의 표면에는, 내식성 코팅이나 내식성 도장 등의 표면 처리가 실시되고 있다.

슬리브(121)의 외주면상이며, 엔드 링(125)의 더 바깥쪽의 양측에는, 밸런스 링(127)이 장착되어 있다. 밸런스 링(127)의 역할은 모터 로터(120)에 발생하고 있는 회전 언밸런스를 해소하는 것이다. 밸런스 링(127)은 단면이 L자 형상으로 되어 있고, 이 L자 형상 단면을 형성하는 2변 중의 한쪽의 변 부분이 슬리브(121)에 접촉하고, 다른 쪽의 변 부분이 펌프 주축(21)의 회전 중심 축선(C)에 대하여 직교하는 방향으로 상승하고 있다. 상기 언밸런스를 해소하는 기능 외, 이 L자 형상의 밸런스 링(127)은 로터 코어(123)를 위치 결정하는 기능도 갖고 있다. 또한, 밸런스 링(127)은 스테인리스 등의 내식성 재료 또는 내식성 재료를 적어도 부분적으로 포함하는 재료로 만들어져 있다.

본 실시형태에서는, 엔드 링(125)과 밸런스 링(127) 사이에는, 회전 중심 축선(C)을 따른 방향에 관해서 소정의 간극이 형성되는 동시에, 회전 중심 축선(C)과 직교하는 방향에 관해서도 소정의 간극이 형성되어 있다. 이로 인해, 엔드 링(125)과 밸런스 링(127)이 다른 열팽창 계수를 갖는 재료로 구성되어 있다고 하여도, 양 부재의 사이에서 열팽창에 의한 응력은 발생하지 않는다. 또한, 밸런스 링(127)의 한쪽의 변 부분의 단부는 로터 코어(123)에 접촉하고 있다. 밸런스 링(127)과 슬리브(121)와의 상대 회전도 방지할 필요가 있기 때문에, 양자의 경계 영역이 키 및 키 홈으로 되는 회전 방지 기구를 설치하는 것이 바람직하다.

[캔 구조]

본 실시형태의 모터(100)의 내부에는, 캔(130)이 설치되어 있다. 캔(130)은 모터 로터(120)가 존재하는 공간과 모터 스테이터(110)가 존재하는 공간을 분리하기 위한 것이다. 이것은, 진공 펌프(20)(도 3 참조)에 사용되는 모터(100)의 경우, 펌프 주축(21)과 모터 로터(120)가 존재하고 있는 공간은 진공(혹은 감압) 상태를 유지할 필요가 있기 때문이다. 또한, 진공 펌프(20)는 반도체 제조 설비에 사용될 경우가 있지만, 반도체 제조시에 사용하는 프로세스 가스 등이 외부로 누설하지 않도록 하기 위한 대책이 필요하고, 캔(130)이 그 역할을 다하게 된다.

본 실시형태의 캔(130)은 양단부가 개방되어 있는 원통형의 부재이며, 금속 재료로 구성되어 있다. 이 캔(130)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 일단부(도 1의 좌측 단부)가 프레임 본체(141)와 측판(142)에 협지되어 있고, 타단부(도 1의 우측 단부)가 링형상 밀봉 부재(132)의 내주면에 고정되어 있다. 이에 의해, 모터 로터(120)가 존재하는 공간은 진공 펌프(20)와 연통하게 되지만, 한쪽에서 모터 스테이터(110)가 존재하는 공간은 진공(감압) 상태로부터 격리되게 된다.

도 2는 발명의 이해를 돕기 위한 사시도이며, 모터(100)의 일부의 구성 비품을 도시한 도면이다. 구체적으로는, 펌프 주축(21)과, 슬리브(121)와, 밸런스 링(127)과, 와셔 부재(122)와, 볼트(124)를 도시하고 있다. 도면에 도시한 바와 같이, 슬리브(121) 위에 밸런스 링(127)이 고정되고, 슬리브(121)가 펌프 주축(21)에 장착되고, 와셔 부재(122)를 통해서 볼트(124)가 펌프 주축(21)에 비틀어 넣어지도록 되어 있다. 또한, 본 실시형태의 모터(100)에서는, 슬리브(121)의 외주면에 모터 코어(123)를 설치하고 있지만, 본 발명에 있어서, 슬리브(121)는 필수의 구성 요소가 아니기 때문에, 생략하는 것이 가능하다.

[작용]

다음에, 전술한 바와 같이 구성된 모터(100)의 작용에 대해서 설명한다. 모터(100)의 제조시에 있어서, 슬리브(121), 로터 코어(123), 엔드 링(125)을 펌프 주축(21)에 설치한 상태에서는, 제조 오차에 기인하는 회전 언밸런스가 생겨 버린다. 회전 언밸런스를 해소하기 위해서는, 예를 들어 엔드 링(125)의 일부를 얇게 하는 것도 생각할 수 있지만, 내식성 코팅이 제거되어 버리기 때문에, 그 부분이 프로세스 가스에 의해 부식되어 버린다.

이것에 대응하기 위해서, 본 실시형태에서는 밸런스 링(127)을 장착하고 있다. 즉, 내식성 재료로 이루어지는 밸런스 링(127)을 슬리브(121)에 설치한 상태에서, 회전 언밸런스를 측정한다. 그리고, 회전 언밸런스를 해소하도록, 밸런스 링(127)의 일부를 얇게 한다. 밸런스 링(127)은 일부가 얇게 되었다 하더라도, 내식성 재료로 만들어져 있기 때문에, 밸런스 링(127)은 부식되지 않는다.

[진공 펌프]

다음에, 도 3에 기초하여, 본 실시형태에 따른 모터(100)를 구비하는 진공 펌프(20)에 대해서 설명한다. 이 도면에서는, 진공 펌프(20)가 갖는 2개의 펌프 주축(21)의 회전 중심 축선(C)을 포함하는 단면을 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 진공 펌프(20)는 한쌍의 로터(30)를 구비하고 있다. 본 실시형태의 모터(100)에서는, 로터(30)는 제1단 로터(31), 제2단 로터(32), 제3단 로터(33) 및 제4단 로터(34)를 구비하고 있다. 이들의 로터(30)를 지지하는 펌프 주축(21)은 그 양단부의 근방에서, 베어링(51, 61)으로 지지되어 있다. 또한, 로터(30)는 케이싱(40)내에 수용되어 있다.

이러한 로터(30)는 상술한 모터(100)에 의해 구동된다. 펌프 로터(30)의 타단부에는 서로 맞물리는 한쌍의 타이밍 기어(70)가 고정되어 있다. 이에 의해, 펌프 주축(21) 및 펌프 로터(30)는 서로 역방향으로 동일 속도로 회전하게 된다.

모터(100)를 구동하면, 펌프 로터(30)는 케이싱(40)의 내면 및 펌프 로터(30)끼리의 사이에 약간의 간극을 유지하고, 비접촉으로 역방향으로 회전한다. 한쌍의 펌프 로터(30)의 회전에 따라서, 흡입측의 가스는 펌프 로터(30)와 케이싱(40)과의 사이에 가둘 수 있어서, 토출측으로 이송된다. 흡입 기구(도시 생략)로부터 도입된 가스는, 제4단의 모터(34)에 의해 압축 이송되어서, 배기구(도시 생략)로부터 배출된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 각각의 구성 요소의 조합으로서 발명을 설명하고 있다. 그러나, 본원 발명에서는, 시일 구조를 실현할 수 있는 범위에 있어서, 각각의 구성 요소의 임의인 조합도 본원 발명의 범위이다. 예를 들어, 구성 요소 A, B, C를 모두 포함한 발명으로서 기재하고 있는 경우에도, 당업자에 있어서 A와 B의 조합에서도 발명으로서 성립되는 것이면, 본원 발명의 범위에 속해 있다.

본원 발명은, 진공 펌프용의 모터의 회전 언밸런스의 해소에 이용하는 것이 가능하다.

20 : 진공 펌프
21 : 펌프 주축
100 : 모터
110 : 모터 스테이터
120 : 로터
121 : 슬리브
123 : 로터 코어
125 : 엔드 링
127 : 밸런스 링
130 : 캔

Claims

진공 펌프의 펌프 주축에 직결된, 진공 펌프용의 모터에 있어서,
상기 펌프 주축에 직접적으로 장착되거나, 또는 상기 펌프 주축에 설치되는 슬리브에 장착되는 모터 로터와,
상기 펌프 주축의 회전축에 대해 동심인 모터 프레임에 고정된 모터 스테이터와,
상기 펌프 주축의 회전축 방향으로 연장되고 상기 펌프 주축에 직접적으로 장착되거나, 또는 상기 펌프 주축에 설치되는 슬리브에 장착되는 제1 부분 및 상기 펌프 주축의 회전축에 대해 수직 방향으로 연장되고 상기 펌프 주축의 대향 단부에 배치되고, 로터 코어의 대향 단부로부터 이격된 곳에 위치하는 제2 부분을 포함하는 밸런스 링을 구비하고,
상기 밸런스 링은 내식성을 갖는 재료를 포함하고, 상기 밸런스 링의 각각은 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분에 의해 형성된 단면 L자 형상을 갖고, 상기 로터 코어의 대향 단부에는 엔드 링이 설치되고, 이 엔드 링과 밸런스 링의 제1 부분 사이와 이 엔드 링과 밸런스 링의 제2 부분 사이에는, 소정의 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 모터.
제1항에 있어서, 상기 밸런스 링의 상기 제1 부분은 모터 로터를 위치 시키기 위해서 로터 코어와 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는, 모터.
제2항에 기재된 모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 진공 펌프.
제2항에 있어서, 상기 모터 로터는 표면에 내식성 코팅 또는 내식성 도장에 의한 표면 처리가 행해지고 있는 것을 특징으로 하는, 모터.
제4항에 기재된 모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 진공 펌프.
제1항에 있어서, 상기 모터 로터는 표면에 내식성 코팅 또는 내식성 도장에 의한 표면 처리가 행해지고 있는 것을 특징으로 하는, 모터.
제6항에 기재된 모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 진공 펌프.
제1항에 기재된 모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 진공 펌프.
제1항에 있어서, 상기 모터 로터가 존재하는 공간과 상기 모터 스테이터가 존재하는 공간을 분리하기 위한 캔을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 모터
제9항에 기재된 모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 진공 펌프.
제1항에 있어서, 상기 밸런스 링은 스테인리스 스틸을 적어도 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 모터.
제11항에 기재된 모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 진공 펌프.